作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2022/10/19 16:54:19
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化学+生物,新工艺将废塑料变得有用

 

 图片来源:Getty

塑料混合物通常很难回收。一项10月13日发表于《科学》的研究称,经过两个步骤,塑料混合物可被分解成更小且有用的化学成分。

回收这些“顽固”的塑料加剧了地球面临的环境问题。尽管现有化学方法可以分解它们的长聚合物链,但这些手段很难大规模实施。

为此,美国国家可再生能源实验室化学工程师Gregg Beckham团队开发了一种新型分解工艺。研发人员之一、新加坡国立大学化学家Ning Yan说:“以前只有少数几项研究报告了塑料混合物的化学再循环,将化学和生物途径结合起来分解塑料混合物的情况更是罕见。”

该团队首先使用钴或锰基催化剂进行催化氧化反应,将坚韧的聚合物链分解为含氧有机酸分子。这种方法的灵感来自2003年杜邦公司化学家Walter Partenheimer的一项研究,后者用这种方法将单一塑料分解为苯甲酸和丙酮等化学物质。

不过,Beckham希望把有机酸分子转化为更容易商业化的东西。为了做到这一点,研究小组向微生物“求助”。其中经过改造的恶臭假单胞菌,能将不同的有机小分子作为碳源。

“这是一种非常有趣的生物。”Beckham说。研究小组设计用这些微生物消耗含氧有机酸分子,后者是研究人员通过自氧化反应从不同塑料中合成的,其中包括聚乙烯中的二羧酸、PET中的对苯二甲酸和聚苯乙烯中的苯甲酸。

该过程产生了两种化学成分,分别用于制造高质量的性能增强聚合物和生物聚合物。加州大学圣巴巴拉分校化学家Susannah Scott说:“生物方法可以获取多种碳源,并将其转化成单一产品。在这种情况下,一种分子可以用来制造可高度生物降解的聚合物。”

研究人员使用纯聚合物颗粒的塑料混合物开发了这一工艺,同时也在日常产品的塑料混合物上进行了测试。

Beckham说:“我们从超市里购买了高密度聚乙烯制成的牛奶包装瓶,从自动售货机上购买了PET制成的一次性饮料瓶,还有聚苯乙烯或聚苯乙烯制成的泡沫塑料杯。”

论文合作者、威斯康星大学麦迪逊分校Shannon Stahl表示,这一工艺过程的规模化是一个挑战,其中一个问题是自氧化反应的温度。“需要进行更多基础化学研究,以确定这个反应是如何进行的,进而提高反应产率。”

不过,Stahl补充说,许多公司已经在研究自氧化反应,以便将二甲苯转化为对苯二甲酸—— 一种PET前体分子。Beckham则表示,该团队正在对其流程进行经济分析和生产周期评估。

另一个问题是,市场对该工艺产生的小分子产品的需求量远小于废塑料数量。“这一技术是否会扩大规模,取决于其市场竞争力。”Yan说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.abo4626

 
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